1第一章水轮机调节基本知识

1水轮机调节•绪论•第一章水轮机调节基本概念•第二章机械液压调速器•第三章电气液压调速器•第四章微机调速器简介•第五章水轮机调节系统特性与品质要求•第六章调节保证计算•第七章调速器运行与维护2本课程的性质：属于工科机电设备专业的主要专业课之一。目的：课程的特点：本课程是一门理论性与实践性都较强的课程，要注意与工程实践的结合,掌握设备的基本结构、运行与维护的基本技术。教学总体要求：根据本课程的特点，对学习本课程提出如下要求：1.牢固掌握有关的基本概念；2.充分理解基本工作原理；绪论3第一章水轮机调节基本知识1.1水轮机调节任务与途径1.2自动调速器构成原理1.3水轮机双调节简介1.4调速器分类、系列与型号4主要教学内容1、电力生产的特点2、水调基本任务3、动力矩与阻力矩的特点4、水轮机力矩平衡特性5、掌握自动调速器的构成原理6、掌握双调节调速器的构成原理7、熟悉调速器的表示型号、掌握国家现行有关标准的规定第一章水轮机调节基本知识5§1.1水轮机调节基本任务与途径一、电力生产特点和水调基本任务电力生产是能量转换的过程：第一章水轮机调节基本知识水库引水管道导水机构转轮发电机电力系统调速器水轮机给定频率fr发电机发电频率f用户水能机械能电能9.81QH9.81QHηs9.81QHηsηf6特点：1、交流电能无法贮存，随发随用，发电取决于用电；2、负荷是随时变化的；负载：指某一供电区域内所有用电设备的总和（指额定功率）。负荷：指某一供电区域内所有用电设备在某时刻消耗实际功率的大小。负荷由负载决定，但数量上不一定相等，只有在额定工况下相等。系统总负荷：是指由各发电机组分别承担的负荷的总和，在不断地变化。。短时期内周期性波动2—3%（大电网）小电网可能更大、偶然性的波动。长时间内有一定的规律性，如日负荷图，月负荷图，年负荷图等第一章水轮机调节基本知识§1.1水轮机调节基本任务与途径73、发、供电严格质量要求；我国电力系统规定质量指标：频率：严格要求在50Hz，允许偏差:大网±0.2Hz，小网±0.5Hz。电压：额定值±5%～10%。4、水调基本任务：跟随负荷的变化调节水轮机的输入功率，保证机组转速稳定在规定的范围之内。启动、停机、增减负荷，对并入电网的机组进行成组调节(负荷分配)，以达到经济合理的运行。第一章水轮机调节基本知识§1.1水轮机调节基本任务与途径8二、水调途径与方法1、水轮发电机组的基本方程式：Jε=Mt-Mg2、水轮机动力矩特性如图：第一章水轮机调节基本知识§1.1水轮机调节基本任务与途径水轮机组发电示意图水轮机动力矩特性93、发电机阻力矩特性如图：4、水调力矩平衡特性如图：（1）稳定运行状况：（2）无调节状况：（3）有调节状况：（4）人为变速调节：5、水调途径：跟随负荷变化调整流量Q。实施方法：ZD，HL：导叶开度ZZ，XL，GZ：导叶开度，轮叶角度CJ：喷针开度，折向器位置第一章水轮机调节基本知识§1.1水轮机调节基本任务与途径10三、水调特点及要求1、水调定义：由调速器对水轮发电机组实行自动控制，是自动控制原理的具体应用，具体表现在跟随负荷的变化调节流量维持机组转速稳定，保证供电质量的过程。2、特点：。操作力大。。动作过程复杂。。实现多种功能。。输出动作不同。3、基本要求：快准稳。第一章水轮机调节基本知识§1.1水轮机调节基本任务与途径11调节方式：人工调节与自动调节；一、人工调节方式：手动调速器是最简单的水机调节装置。1）结构：2）调节方式：搬动手轮改变开度；3）调节任务由操纵人员承担；。测量作用：。比较并发出操作指令：。执行：。检查与修正4）特点：。动作过程长。波动次数多。幅度大第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理水轮机发电机水流电（用户）表计f眼脑手手动调速器人工调节框图12二、离心摆的力学特性与应用：1、结构：2、力学特性：ΔL=K·(n-nr)/nr3、离心飞摆特性。滑套位置与转速一一对应；。滑套移动方向反映了转速的增减；。滑套移动大小反映了转速偏差的大小。4、离心摆的作用：与机组联系，测量机组转速。第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理13三、自动调速器构成原理：1.构成原理第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理142.调速器原理图1—飞摆；2—主配压阀；3—接力器；4、5—活塞；6—节流孔；7—硬反馈；8、9、10—变速机构；11—移动滑块153.几种自动调速器构成原理：（1）、直接作用的调速系统。动作过程：。结果：符合调节基本理论，但实用价值小；。问题：力量小，操作力不够；关小时转速高，开大时转速低，转速变化过大。第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理16（2）、具有液压放大机构的调速系统。结构：配压阀与接力器。动作过程：。结果：符合调节基本理论，解决了操作力的问题。问题：不断过调节，因此运行不稳定。第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理17（3）、具有硬反馈机构的调速系统1）结构：2）动作：3）结果：经多次反复最终达到稳定。4）反馈的概念：从输出信号中取出一部分叠加在输入信号上，起修正和决定动作规律的作用。5）问题：形成有差调节；波动次数多，幅度大，不符合快速、稳定的要求。第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理18（4）、具有软反馈机构的调速系统1）结构：缓冲装置2）动作过程：第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理193）结果：。形成无差调节；。调节品质高，波动次数少，幅度小；。实际调速器，硬、软反馈与局部反馈同时作用，共同起修正与决定动作规律的作用。。静特性曲线：调速系统概念：由测量元件、放大元件、反馈元件构成的能跟随负荷变化进行自动调节作用的系统。其中离心摆是核心，反馈是关键。调速系统能在负荷变化时进行自动调节，但是负荷不变时，要人为调节，则需要其它机构。第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理20测量元件、放大机构、反馈机构组合又称为调速柜：测量机构：测量机组转速偏差，并把偏差信号转变为位移信号，然后输出。放大机构：(引导阀+辅助接力器、主配阀+主接力器，二级放大)：位移变化→油压变化。反馈机构：缓冲器和杠杆机构，当调节转速相等时，反馈信号使调节停止。第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理21四、调速系统的操作控制元件1、转速调整机构1）结构：2）动作：第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理223）结果：负载不变时，人为操控改变机组出力与转速。4）实质：平移静特性作用：单机：调频率并列：调出力2、开度限制机构1）结构：2）动作：3）作用：。开度限制作用；。开停机作用；。人为调节（设置）限制值。第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理23五、水轮机调节系统的组成（四个概念、一个框图）调速系统概念：由测量元件、放大元件、反馈元件构成的能跟随负荷变化进行自动调节作用的系统。其中离心摆是核心，反馈是关键。调速器：调速系统与操作控制机构及批示仪表等组成的整体。被控制系统（调节对象）：由引水系统、水轮机、发电机和用户组成电能生产、使用的平衡过程。调节系统：调节对象与调速器组成的实际应用单元，即机组。水能水轮机发电机用户永磁机飞摆电机离心摆接力器配压阀硬反馈软反馈调速系统操作控制机构调速器第一章水轮机调节基本知识§1.2自动调速器的构成原理24一、双调节定义：指被水轮机具有两个相互配合（协联）的调节机构，两套机构遵循一定规律的，称为协联关系。ZZ：导叶开度与轮叶角度CJ：喷嘴开度与折向器位置角度二、转桨式水机双调节1、两个调节机构的目的：增加水机高效率区宽度，以适应负荷的变化；2、协联关系的确定：3、协联执行机构：4、调节动作：第一章水轮机调节基本知识§1.3双调节简介25第一章水轮机调节基本知识§1.3双调节简介ZZ水轮机双调节原理图26三、冲击式水机双调节第一章水轮机调节基本知识§1.3双调节简介CJ水轮机双调节原理图27§1.4调速器分类与型号第一章水轮机调节基本知识一、调速器分类：1、按调速器元件结构分：机械液压(机调)：信号测量、信号综合、信号反馈均由机械环节完成。现在很少使用。电气液压(电调)：用电气回路代替机调中的机械元件。调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。目前还有不少电站在使用。微机调速器：用工业控制计算机代替电子调速器，赋予了调速器更多的控制功能，性能更优良。28§1.4调速器分类与型号第一章水轮机调节基本知识数字式电液调速器监控系统主界面29§1.4调速器分类与型号第一章水轮机调节基本知识数字式电液调速器油压装置显示画面30§1.4调速器分类与型号第一章水轮机调节基本知识2、按调节机构数分单调：一个导叶起闭机构，如混流和轴流定浆机组双调：有两个调节机构(导叶开度，叶片转置角)，ZZ、CJ（针阀、折流板转动）3、按大小（容量）大型：活塞直径80mm以上中型：操作功10000Nm~30000Nm小型：操作功小于10000Nm，特小：小于3000Nm31§1.4调速器分类与型号第一章水轮机调节基本知识(二)调速器型号(反击式水轮机)1.我国调速器的型号的编制方法国标JB/T2832-2004《水轮机调速器及油压装置型号编制方法》规定：调速器的型号由三部分组成，其间用“-”分开。2.我国调速器的标准系列国标JB/T7072-2004《水轮机调速器及油压装置系列型谱》规定。第一部分：基本特性和类型大型：无代号；中小型带油压装置：Y；特小：T机械液压：无代号；电动调节：D单调：无代号；双调：S调速器：T第二部分：工作容量中小型调速器×9.81N.m；大型指主配阀直径(mm)第三部分：额定油压2.5MPa不加注释